面向变温环境的高性能薄膜应变传感器：温度补偿机制与高温原位监测创新研究

本综述系统阐述了一种新型温度补偿薄膜应变传感器（TFSS）在变温环境下的创新设计与应用。该传感器通过集成高精度薄膜热电偶（TFTC），利用直接墨水书写（DIW）技术实现了在陶瓷基底及涡轮叶片表面的共形沉积，成功解决了高温环境下温度-应变信号耦合难题。研究证明其在800°C范围内可有效补偿温度漂移，具备卓越的长期稳定性（1200°C）与超高温耐受性（1600°C持续1小时），为极端环境下的结构健康监测提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

材料

液态聚硅氮烷SiCN（PSN2）（中国科学院化学研究所）被用于制备薄膜应变传感器。本研究引入二硼化钛（TiB₂）纳米填料（平均粒径50 nm，上海超威纳米科技有限公司）进行改性，以调控聚合物先驱体陶瓷薄膜在高温下的热学、力学和电学性能。

铂浆料（型号55H-1803，深圳赛雅电子浆料有限公司）具有高粘度...

传感器设计与制备

如图1(a)所示，新型TFSS由氧化铝陶瓷基底（也可使用合金基底，需额外绝缘层）、SiCN薄膜应变栅格（用于检测应变信号）、铂引线（用于输出应变信号）以及铂铑引线（与铂引线共同组成S型薄膜热电偶，用于应变信号的温度误差补偿）组成。设计理念是利用应变计的铂引线作为敏感电极，并通过添加...

结论

总而言之，我们开发了一种采用原位温度补偿机制的新型薄膜应变传感器，可在从环境温度到800°C的宽温域内实现精准的静态和动态应变测量。通过建立热电输出与电阻变化之间的关联，该方法有效补偿了应变测量中的温度诱导误差，显著增强了其在极端环境下的实际应用潜力。